（电力系统及其自动化专业论文）变电站信息集成中若干问题研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ei n t e g r a t i o no fe q u i p m e n t si nt h ep r o c e s sl e v e la n dt h eb a yl e v e l ， t h ea u t o m a t e de q u i p m e n t si ns u b s t a t i o n sh a v ec h a n g e dh u g e l yi nt h ef a c e to ft h e s t r u c t u r e 、c o n f i g u r a t i o n 、t e c h n o l o g yp e r f o r m a n c ea n da p p l i c a t i o n o nt h eo t h e rh a n d ， w i mt h ea d v a n c e m e n t so fc o m p u t e ra n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yo ft h er a p i dd e v e l o p m e n to fs d hn e t w o r k , t h ea d o p t i o n o fo p e n a r c h i t e c t u r ea b o u ta u t o m a t e ds y s t e m so fs u b s t m i o n sh a sb e e ng r e a t l yf a c i l i t a t e d f u a h e r m o r e ，t h ea d o p t i o no fc o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l 、c o m m o nc o m m u n i c a t i o n i n t e r f a c e sa n dag r o u po f c o m m o nc o m m u n i c a t i o np r o t o c o ls t a c k sb e c o m e sp o s s i b l e af e wk e yt e c h n o l o g i e st i t l et h o r o u g h l yd i s c u s s e di nt h ep r o c e s so ft h es u b s t a t i o n i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ni nt h i st h e s i s s o m ef e a s i b l es c h e m e sa l ea l s op r o p o s e d f i r s t l y , t h ep l i g h t so f t h ec u r r e n ts u b s t a t i o ni n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nt h a ta p p e a r si n t h es y s t e mp l a n n i n ga r ea n a l y z e d an e wi n f o r m a t i o ns h a r i n gm o d ea n dt h eb a s i c c o n d i t i o n so fi t si m p l e m e n t a t i o na r ep r o p o s e d f u r t h e r m o r e ，t w of r a m e w o r k so ft h e s u b s t a t i o ni n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o na r ed e s i g n e da n ds o m er e l a t e dk e yt e c h n o l o g i e sa r e i n v e s t i g a t e d 髓ei e c6 1 8 5 0s t a n d a r d sa r ee s p e c i a l l ys t u d i e d w i t hi t sc o f ep a r t sb e i n g d e e p l ya n a l y z e d b a s eo nt h ea b o v e ，t h ed e v e l o p m e n tc h a r a c t e r i s t i c so fi e c6 1 8 5 0 b a s e ds y s t e m si nd i f f e r e n tp e r i o d sa l es u m m a r i z e d s e c o n d l y , as o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo f i e c6 1 8 5 0b a s e dc o m m u n i c a t i o ng a t e w a yi s d e s i g n e dt od e a lw i t l lt h er e c o n s t r u c t i v ep r o b l e m so fl e g a c ye q u i p m e n t si nt h eb a y l e v e l 1 1 l er e l a t e df o u rf u n c t i o nm o d u l e sa r er e s p e c t i v e l ya n a l y z e d 。 t h i r d l y , t h ec o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e o fm c6 1 8 5 0b a s e ds u b s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m si sp r o p o s e d , i n c l u d i n gt h en e t w o r kc o n s t r u c t i o no fp r o c e s sb u s a n ds t a t i o nb u s a n dt h ep e r f o r m a n c eo f t h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki ss i m u l a t e da n d a n a l y z e d w i t hu t i l i z i n go p n e t f i n a l 堍t h er e s e a r c h e si nt h et h e s i sa r es u m m a r i z e da n dt h ef u t u r ew o r ki s p r o s p e c t e d k e y w o r d s ：i e c6 1 8 5 0 ，i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n , c o m m u n i c a t i o ng a t e w a y , o p n e t , n e t w o r ks i m u l a t i o n 浙江大学硕士学位论文 1 1 概述 第一章引言 我国科学技术的飞速进步与发展，使得现代工业、农业、商业及居民的用电 设备对供电质量提出了更高的要求，从而促进了电力事业的发展；而且，随着电 力系统容量的不断增加，长距离大容量输电及配电、变电不可避免，系统的安全 稳定运行问题也变得更加突出。这都需要以高投资效益比的途径来发展我国的电 力事业，达到“安全、优质、高效、经济”地发、输、配、用电。 变电站自动化和信息化已经成为我国电力行业中的热点j 随着对电力运行安 全和电能质量要求的提高，建立多种监视、控制和保护系统成为变电站未来的重 要工作之一。而这些系统的应用能够最大限度避免变电站意外事故的发生或者将 事故的危害降低到最低限度。 传统变电站将大量现场一次设备，如变压器、开关、母线、电压互感器、电 流互感器等，同安装在控制室内的单项自动化装罱( 如继电保护、重合闸、故障 录波和测距、各种变送器、远动装置、测量仪表等) ，之间用大量电缆一一对应 地连接起来。其设备复杂、占地面积大、各种工作量大。各种变电站信息系统直 接通过1 0 3 等协议从单项自动化装置获取原始的( 实时) 数据，或者系统直接通 过私有接口转发( 实时) 数据，间隔层自动化装置和信息系统存在多种通信协议 和通信信道。 随着光纤网络技术、智能装置以及面向对象建模技术的引入，变电站从过程 层的一次设备到间隔层的二次设备，再到站控层的信息系统之间的通信方式都将 发生巨大的变化，在新的条件下，研究变电站内的信息集成技术是件非常有意 义的工作。 。 1 2 国内外研究现状 随着光纤铺设到变电站内，变电站内二次设备和信息系统之间可以完全采用 以太网连接；一次设备的智能化，使得在不久的将来，一次设备和二次设备之间 浙江大学硕士学位论文 也可以采用以太网连接；站内保护和控制理论的成熟和实践将会推动大量新系统 的开发和应用。这些技术和理论的发展对变电站内的信息共享提供了新的契机， 同时也带来了新的挑战。 文献“2 1 通过对数字化变电站自动化系统的特征进行分析，提出了数字化变 电站自动化系统中的网络拓扑结构。文酬3 ，4 ，5 6 】在数字化变电站基础上，通过对 现有变电站内基础数据的分析和未来应用系统的建设，提出了一种在间隔层之上 的集成框架，并在该框架之上开发新的控制和保护应用。文献 7 - 1 6 1 针对国际标准 i e c 6 1 8 5 0 协议，分别从不同的角度分析和研究了c 6 1 8 5 0 在未来变电站自动化 系统中的应用和意义。 变电站信息集成和综合自动化是未来变电站自动化发展的方向，而国际标准 i e c 6 1 8 5 0 将成为其遵从的“指南针”。 1 3 本文的主要工作 未： 在变电站内对多个吖言息孤岛进行信息集成，主要应该实现以下几种关键技 1 ) 信息集成的体系结构设计。考虑在当前变电站异构的系统和协议存在的 条件下，怎样设计合理的集成框架。 2 ) 统一的信息模型定义。对变电站中的各系统中的信息进行统一建模，目 前，c 6 1 8 5 0 标准的颁布为该工作奠定了基础。 3 ) 统一的通信接口定义。在统一模型基础上提供统一的外部接口，i e c 6 1 8 6 0 标准也提供了可以参考的接口定义。 4 ) 通信网络可行性。在变电站出现突发事件时，通信网络是否能够胜任数 据的实时和完整传输。 5 ) 遗留系统及其协议的适配。进行信息集成时，对于遗留系统及其协议要 通过适配技术将其无缝的适配统一的信息模型。 本文的主要工作： 1 ) 在分析了当前变电站信息系统现状和信息共享模式的缺点后，提出了新 的信息共享模式。 2 ) 介绍了变电站信息化国际标准m c6 1 8 5 0 ，特别对i e c6 1 8 5 0 中定义 2 浙江大学硕士学位论文 的公共信息模型、通信接口、协议栈做了说明。 3 ) 在i e c6 1 8 5 0 的基础上提出了变电站信息集成框架，并在此框架基础上 分析了一些新系统的开发模式。 4 ) 针对变电站存在的、已经稳定运行的遗留系统，设计了一种通用的i e c 6 1 8 5 0 网关，它能够无缝的接入各种遗留系统。 5 ) 对基于i e c6 1 8 5 0 的变电站通信网络进行仿真，考察但前的通信网络是 否胜任突发事件条件下的数据传输任务。 1 4 本文的组织结构 本论文第一章阐述了本论文的背景及选题目标：第二章从分析了当前变电站 信息系统现状和信息共享模式的缺点后，提出了新的信息共享模式；第三章在介 绍了i e c 6 1 8 5 0 基础上，设计了一种变电站信息集成框架；第四章设计了一种通 用i e c6 1 8 5 0 网关；第五章是对m c6 1 8 5 0 变电站通信网络进行仿真；第六章为 结论和展望。 3 浙江大学硕士学位论文 第二章变电站信息集成需求 2 1 变电站信息系统现状 变电站中现有应用系统可以分为实时控制类和管理信息类两大类，具体如表 2 1 所示。信息体系框架如图2 1 所示。 表2 1 当前变电站应用系统分类 ”遗信暑式及通信协议+ “。”分类系统名称主要设备 ， 实时实时监控系间隔层：r t u 继电保护装1 间隔层；d n p 、 控制统置。c 8 7 0 5 1 0 3 1 0 1 、 类通信层、站控层：前置单f i e l d b u s 或专用应用层协议。 元通信管理机2 站控层：传输层协议t c p i p 、 u d p 碑。 3 调度层：s p d n c t 网络： m c 8 7 0 5 1 0 4、1 ：a s e 2、 d l 4 7 6 - 9 2 ： 远动通信：i e c 8 7 0 - 5 1 0 1 或其他 专用远动规约 非控 继电保护及综保装置、故障录波装置、 采用拨号或者s p d n e t 制生 故障信息管 通信设备 一般为自定义通信规约 产类理系统 电能计量系电能计量终端、多功能电采用公用通道或者s p d n c t 统( n d r )能表等c 8 7 0 5 1 0 2 、匝c 8 7 0 5 - 6 2 0 5 6 等 电气设备状 状态监测终端、站控通信采用拨号或者s p d n e t 态监测系统网关等一般为自定义通信规约 图像监控系摄像监控装置、通信网关一般采用s p d n e t 统等一般为自定义通信规约，通信流 量大 管理 d m i s 系统无专门装置、收信其它系 t c p i p 通信，应用层接口 信息统信息 类 m i s无专门装置、收信其它系t c p i p 通信，应用层接口 统信息 o a一般是o a 客户端计算机t c p i p 通信，应用层接口 目前3 5 k v 1 l o l 【v 变电站里各个自动化子系统分别设立，提供设备与系统 的厂家众多，资源不能实现共享，信息孤岛”林立交错，对外接口众多、管理水 平不高、只能停留在实现现有需求，对需求变化的响应能力差等问题。 4 浙江大学硕士学位论文 2 2 当前系统信息共享模式 参考2 1 节中的变电站现有的和规划的系统典型配置示意图，多个应用系统 直接通过1 0 1 等规约从间隔单位接入数据，各个系统之间没有通信，系统之间的 “重叠”的数据大多通过间隔单位“多转发”的方式实现，而不用系统之间直接。参 考图2 2 。 匝习匹习臣习 图2 2 变电站信息系统数据共享模式l 一个应用系统一部数据从其它应用系统获取，一部分数据从间隔单位获取。 参考图2 3 。 图2 3 变电站信息系统数据共享模式2 2 3 新系统规划的困境 在当前变电站信息共享模式的基础上，进行新系统的规划，并不是件容易的 事情，如果采用共享模式1 ，新系统的开发需要做如下工作： 新系统需要接入那些间隔单元。 新系统所需要的数据都是从间隔单元直接获取，并将这些数据保存到新系统 5 、圈，圈自崮 浙江大学硕士学位论文 的存储单元中。 新系统如何接入这些间隔单元 间隔单元的数据转发接口通常采用多种协议，不同的协议的接入需要不同的 协议接入模块，因此，新系统在数据接入层需要开发多种协议接入模块。 新系统如何将这些间隔单元的数据适配到私有模型 新系统基于应用需求，设计了私有的数据模型。接入间隔单元后，将间隔单 元上传的数据适配到私有数据模型上，供系统的应用层使用。 如果采用共享模式2 ，新系统的开发在接入层和共享模式1 不同。一般来说， 老系统已经有丰富的数据，老系统直接通过基于t c p i p 的接口将大部分数据转 发给新系统。但当新系统增多后，共享模式2 的缺点也逐渐暴露出来：转发接i = l 增多，用图2 4 可以很清楚的描述这一点。 图2 4 点对点的数据共享模式 2 4 新的系统共享模式 无论是共享模式l 或者是共享模式2 ，本质上都是如图2 4 所示的点对点的 数据共享模式，随着新系统的增加，必然导致系统和间隔单元、系统和系统之间 的通信通道或者通信接1 ：3 不断增加，造成了系统开发的难度和系统后期维护的难 度，对整个变电站的信息化建设是不利的，因此必须能够考虑一种新的信息共享 模式摆脱当前的数据共享的困境。 深入考察点对点的数据共享模式，会发现该模式所面l 笛的困境由如下原因造 成： 6 甲：印， |，一 一 、， 一，、一獭一。、澎一。，习 亭i 习、 浙江大学硕士学位论文 各系统间数据格式，准确的来说数据模型都是私有的。 间隔单元和系统间通信协议众多，不统一。 系统间基于t c p i p 的通信接口私有，不统一。 要摆脱点对点模式的困境，显然要针对这三个方面，同时要兼顾变电站现有 基础通信条件。因此， 建立变电站基础数据的统一模型，目前采用面向对象的建模方式为宣。 在统一模型的基础上，建立系统间数据通信的统一接口，统一的接口最 好能够支持模型发现。 将各种通信协议统一到一组针对不同数据类型和时间限制而制定的协议 组上。 在这三个基础条件上，提出一种变电站信息共享模式，如图2 5 所示。 图2 5 基于统一模型、统一接口，统一协议栈组的共享模式 7 浙江大学硕士学位论文 2 5 小结 本章对当前变电站信息系统现状和信息共享模式的分析，指出了目前变电站 信息共享模式的困境及其造成该困境的原因的。由此，提出了一种新的共享模式 及其实现的基础条件：统一的模型、统一的接口、统一的协议栈组。 8 浙江大学硕士学位论文 第三章变电站信息集成框架及关键技术 3 1 变电站信息集成框架研究 当前我国电力系统各变电站基本都采用了s c a d a 系统，并已实现远传，但 在厂站端仍有大量为各专业使用的智能电力装置( m d ) ，例如保护专业的保护 装置，故障录波装置，现场设备状态监测装置等，均未实现信息集成，形成了一 个个信息孤岛，信息不能被交互使用，更不能被远方主站透明访问及使用，造成 了设各和信息资源浪费，不能实现“在合适的时间，将合适的信息传送到合适的 人或计算机”的基本信息功能，也不能实现厂站端实现各专业的无人化。 随着电力数据网的发展，对变电站智能信息自由交互提出了越来越高的要 求，因此，实现变电站内的信息集成对解决各系统间的信息交互共享，实现信息 资源最大限度的利用具有非常重要的意义。 为适应变电站系统应用的不同情况，本文提出了两种技术方案，一种是基于 数据通信网关的统一接口方案，一种是基于变电站综合数据中心的同意接口方 案。 3 1 1 基于数据通信网关的统一接口方案 基于数据通信网关的统一接口方案的集成框架如图3 1 所示。 图3 1 基于数据通信网关的集成架构 9 浙江大学硕士学位论文 在现有的各子系统的基础上组网，增加一个对外统一接口装置数据通信 网关，该装置的主要作用是作为通信网关采集各子系统的信息，实现规约转换， 可以通过某种规约接收到数据( 例如，以i e c6 0 8 7 0 5 1 0 4 规约接收继电保护及 故障信息管理系统发来的故障信息) ，再通过另外的规约( 如i e c6 1 8 5 0 规约) 转发出去。考虑到图像监控系统的特点，可以配置一个专用的数据通信网关，采 用透明转发的形式传输视频图像信息，同时还可以通过配置，使其作为实时控制 系统的备用通道。 当系统换型或者是新系统接入时，只需要根据接口标准实现接口，就可以方 便接入。系统设计支持任意类型规约之间的相互转换，规约采用动态加载的方式 加载，即增加一个新的规约无需对原来的程序做任何改动，也无需停运原来的程 序，只需要实现一个该新增规约的动态库，然后在程序运行中将该库动态加载即 可实现该新规约的所有功能。系统支持大多数的远动规约之间的转换，比如 c d t 、d n p 3 0 、i e c 8 7 0 - 5 1 0 1 、i e c 8 7 0 5 - 1 0 2 、i e c - 8 7 0 5 - 1 0 3 、i e c - 8 7 0 5 1 0 4 、 s c l l 8 0 1 、d l 4 7 6 、t a s e 2 等。系统在规约转换的过程中，不影响其他正常数据 传送的速度和效率。 3 1 2 基于变电站综合数据中心的统一接口方案 基于变电站综合数据中心的统一接口方案的集成框架如图3 2 所示。 图3 2 基于变电站综合数据中心的集成架构 1 0 浙江大学硕士学位论文 该方案和3 1 1 中的方案的区别在于增加了变电站综合数据中心部分。本方 案的特点在于，增加了综合数据中心以后，该中心既可以通过专用的实时数据接 口，也可以通过通用的数据访问接口的形式获取各应用系统的数据信息。综合数 据中心为整个系统提供了一个分布式应用开发和运行环境，作为应用系统和底层 硬件体系、操作系统之间的一个高效稳健的中间件，有效的将上层应用与底层系 统隔离开，同时建立在不同的计算机体系结构和操作系统之上的该分布式应用开 发和运行环境，为系统的稳定高效运行提供了可靠保障和奠定坚实基础。 变电站综合数据中心主要包括变电站通信管理服务平台、信息发布中心、数 据通信网关及其系统接入适配器三大模块。变电站通信管理服务平台是系统的核 心，系统的统一建模、数据集成、信息处理、统计和分析都是由它完成。数据通 信网关及系统接入适配器是系统同外界交换数据的高效接口，它针对各个系统的 特点分别实施包装，并用统一方式同通信管理服务平台进行信息交互，既保证了 接口的统一性，又满足了集成的灵活性。 以上两种方案的具体选用上，需要根据变电站的具体情况，分步实施，先实 现3 1 1 方案，然后在此基础上实现3 1 2 方案，逐步实现系统功能集成和资源的 优化配置。 3 2 i e c6 1 8 5 0 标准研究 i e c6 1 8 5 0 是i e ct c 5 7 在总结u c a2 0 的美国经验和i e c6 0 8 7 0 系统标准 的欧洲经验的基础上提出的关于未来变电站自动化的通信体系标准【9 埘。其目标 是最大限度地利用现有的标准和被广泛接受的通信原理，在不同制造商的智能电 子设备( i n t e l l i g e n te l e c t r i cd e v i c e ，i e d ) 之间实现良好的互操作 1 8 , 1 9 】，并且能 适应通信及应用技术的快速发展。 i e c6 1 8 5 0 与1 0 3 等协议不同，它涉及面更广，包括对通信网络性能要求、 对象建模、系统和项目管理等多方面的规范要求。i e c6 1 8 5 0 采用面向对象的建 模方法和抽象、分层映射的技术，通过规范系统和项目管理以及一致性测试等途 径来保证其目标的实现。并且，i e c6 1 8 5 0 不仅适用于变电站自动化内部通信， 也适用于配电自动化、电能计量系统、发电厂自动化系统、风力发电以及其它工 业自动化领域【1 3 】。 浙江大学硕士学位论文 i e c6 1 8 5 0 标准分为1 0 个部分，其体系结构和内容分布如图3 3 所示。其中 最重要的四个部分为c o n f i g u r a t i o n 、a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s 、d a t a m o d e l s 、m a p p i n g t oc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s 2 9 , 3 1 , 3 1 , 3 2 ，本文将介绍和探讨这四部 分的内容。 3 2 1 数据对象建模 3 211 数据建模的意义 m a p p i n gt oc o m m u n i c a t i o n n e t w o r k a p a r t 8 一t 确8 誊潲瞄黼瞄苫翮料量瑶 。一s 。， e 8 a 0 ；- 3 7 j 。 图3 3 m c6 1 8 5 0 标准概况 i e c6 1 8 5 0 的7 3 、7 4 部分关于数据建模部分是整个i e c6 1 8 5 0 的核心部分， 它为变电站自动化系统的设计提供了新的设计方法和模式。 计算机软件设计的核心是数据结构和算法，对于一个变电站自动化系统来 说，它的核心是模型和服务，服务是模型的扩展。实际的变电站中间隔层设备采 用各式各样的数据模型( 如1 0 3 协议、厂家协议等) ，数据模型和服务的不统一 造成了设备问、设备和站层主控机间互操作的困难( 接口服务的不统一是由模型 不统一造成) ，给各种新式的自动化系统开发带来了技术难度大、投资费用高、 重复建设等困难。对一个自动化系统按自己的方式建立模型之后，需要购置或设 计大量的模型转换器( 即协议转换器) 实现它与数据源( 主要是不同厂商的间隔 1 2 浙江大学硕士学位论文 层设备) 问可靠地、有效地通信，这样将使应用系统开发的重点放在模型转换上， 财力投入到模型转换器开发上。因此，为变电站系统建立一套标准的数据模型和 服务正是i e c6 1 8 5 0 所实现的目标【7 】。 i e c6 1 8 5 0 中定义的逻辑设各、逻辑节点、数据对象、数据属性等标准模型 元素为自动化系统和设备建模提供了依据【1 2 】。i e c6 1 8 5 0 中定义了变电站系统中 所需的大部分的逻辑节点，并对它们进行了功能分类，同时也定义了几乎所有的 数据对象类型( 具体请参考i e c6 1 8 5 0 7 - 4 部分) ，考虑到兼容性和发展性因素， m c6 1 8 5 0 还对逻辑节点和数据对象的扩展做了说明。 i e c6 1 8 5 0 的数据建模是通过对自动化系统或设备进行功能分解后，以功能 为主要的建模元素，将其所需要的数据按类型以逻辑节点方式建模，而这些节点 可以通过通信协同的方式实现自动化系统或设备的功能。如图3 4 所示，i e c 6 1 8 5 0 的建模思想是将自动化系统按功能进行分解，再将功能实现为不同的逻辑 节点间的组合和通信。一般说来，一个功能还可以分解为更细粒度的子功能，而 每个子功能可以通过一个逻辑节点实现 埘。 图3 4 基于逻辑节点协同的功能分解 对自动化系统或设备进行i e c 6 1 8 5 0 建模后，逻辑节点驻留在逻辑设备中， 逻辑设备驻留在变电站中的物理设备实体中。物理设备通过网络互联，使得所有 的逻辑设备间能建立起通信，图3 5 所示，逻辑设备通过数据引用方式获取其它 逻辑设备中其所需要的数据。当然在实际的通信过程中，一个逻辑设备中被某个 逻辑设备订阅的同类型数据( 连同数据引用名) 将存入一个数据集对象中然后再 通过接口服务传给订阅的逻辑设备。 浙江大学硕士学位论文 圈3 5i e c6 1 8 5 0 的数据模型与数据引用 3 2 1 2 数据建模一般流程 采用i e c6 1 8 5 0 的数据模型对变电站自动化系统进行功能分解建模，将加快 系统的构建1 2 0 。如何有效地对应系统建模需要一个合理的流程，本文总结如下： 1 ) 对需求的应用系统进行功能分解，并对功能分类，如保护类、量测类、 控制类等。 2 ) 将一个功能实现为一个逻辑节点，逻辑节点的建模按图3 6 所示。 3 ) 将各逻辑节点分配到变电站不同的i e c6 1 8 5 0 逻辑设备中，对于在已有 逻辑设备中无法找到的逻辑节点，将其实现在站层。 4 ) 按照实际的逻辑节点建模，建立s c l 配置文件，供自动化系统初始化使 用。 5 ) 进行编码工作；实现自动化系统。 i e c6 1 8 5 0 的数据模型可以通过多种方式实现在计算机程序，下面以c c + + 实现逻辑节点m m x u 为例说明： c l a s sm m x u ：p u b l i cl o g i c a l _ n o d e p u b l i c ： m m x u 0 ； v i r t u a l - m m x u 0 ； p r o t e c t e d ： c o m m o nl o g i c a ln o d ei n f o r m a t i o n 1 4 浙江大学硕士学位论文 i n cm o d e ；m o d e i n c b e h ；b e h a v i o u r i n s h e a l t h ；h e a l t h l p l n a m p l t ；n a m ep l a t e m e a s u r e dv j l u e s m v t o t w ；t o t a la c t i v ep o w e r m vt o t v a t ；t o t a lr a c t i v ep o w e r w a ：p h a s ec u r r e n t ； 这段代码就可以完成对遥测功能的建模，类似的其它信息的建模可参考i e c 6 1 8 5 0 - 7 4 ，对于标准中没有定义的数据对象，我们可以按照标准的定义进行扩 展。在完成逻辑节点的建模后，就可以将变电站里所需的信息一一对应到逻辑节 点中数据对象的数据属性下。 图3 6 基于i e c6 1 8 5 0 的功能建模流程 浙江大学硕士学位论文 3 2 2 通用服务及映射 由于i e c6 1 8 5 0 采用了抽象的建模技术，使信息模型、接口服务与通信解耦， 使得信息模型及其服务不依赖于具体的通信协议栈。为了实现具体的应用进程之 间的通信，i e c6 1 8 5 0 采用特定通信服务映射的方法，即采用当前已经成熟的、 流行的国际通信标准作为i e c6 1 8 5 0 的通信协议栈。i e c6 1 8 5 0 8 1 、i e c 6 1 8 5 0 9 - 1 和i e c6 1 8 5 0 9 2 规范了适应能够不同应用的各种特定通信协议栈。随 着技术的发展和网络通信水平的提高，以后还可以根据需要定义新的特定映射通 信协议栈或接口服务，而其信息模型及其相关规范则不用变化，从而保证了i e c 6 1 8 5 0 信息模型的稳定性，图3 7 是变电站自动化系统中不同层间的主要通信模 式。 。 斗c o r e a s c i ( c l i m a t - t e r v e r ) g o o s e - s a v c & pc o n t r o la n dp r o t e c t i o n 图3 7 变电站自动化系统中不同层间主要通信模式 i e c6 1 8 5 0 根据不同的通信需求，将其a s c i 接口服务映射到五种类型的特 定通信服务栈【1 1 1 ，如图3 8 所示： 核心a c s i 接口服务。核心a c s i 服务，使用客户端服务器通信模式， 并采用制造报文规范( m a n u f a c t u r i n gm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ) 协议作为应 用层协议栈。 g o o s e s a v 服务。g o o s e s a v 服务用于快速、可靠地传输保护、控制 以及采样值信息的目的，g o o s e 采用g o o s e 协议作为应用层协议，s a v 采用s v 协议作为应用层协议，g o o s e s v 协议采用a s n i 定义。 g s s e 服务。g s s e 模型与g o o s e 模型是相似的，主要的区别是信息交 换的种类不同：g o o s e 支持由数据集组织的范围较广泛的公共数据交 1 6 浙江大学硕士学位论文 换，并提供灵活的手段规定交换的是何种信息：g s s e 则仅提供了传输 状态变化信息的能力。i e c6 1 8 5 0 的g s s e 代表了u c a 2 0 的g o o s e 。 g s s e 采用g s s e 协议作为应用层协议，g s s e 协议也采用a s n 1 定义。 时钟同步服务。时钟同步服务采用了简单网络协议( s i m p l en e t w o r k p r o t o c o l ，简称s n t p ) 作为应用层协议。 图3 8i e c6 1 8 5 0 信息模型、接口服务与映射协议栈间的关系 i e c6 1 8 5 0 使用了i s o 的应用专规( a - p r o f i l e ) 和传输专规( t - p r o f i l e ) 来描 述不同的通信栈。如图3 9 所示：a - p r o f i l e 位于i s o o s i 七层互联参考模型的高 三层，它们分别为应用层、表示层和会话层，又称为“资源子网”；t - p r o f i l e 位于 i s o o s i 七层互联参考模型的低四层，它们分别为传输层、网络层、数据链路层 和物理层，又称为“通信予网”。 图3 9o s i 参考模型和协议专规 如上述的核心a c s i 接口服务映射到m m s 上，共有两种映射方式：第一种是完 全采用i s o o s i 的七层互联参考模型：第二种是其a - p r o f i l e 依旧映射到i s o o s i 互联模型的高三层，而其t - p r o f i l e 则直接映射到t c p i p 协议集。t c p i p 作为互 联网上的通信标准，在实际应用中已经成为事实上的国际标准，其应用领域范围 非常广泛，因此，将t - p r o f i l e 映射到t c p i p 协议集，具有很高的现实意义，将 1 7 浙江大学硕士学位论文 极大推广i e c6 1 8 5 0 的应用。 3 2 2 1 核心a c s i 到m m s 映射实现 m m s 是网络上的实时处理和监控系统间信息交换的国际标准，由国际标准 化组织( i s o ) 和国际电工委员会工业自动化技术委员会t c1 8 4 工作小组负责 制定和发展，它适合于为不同的设备、应用、产品商及领域内提供通用的信息服 务。例如：m a v i s 提供的读( r e a d ) 服务允许网络上的设备、应用或计算机从另 一个设备、应用或计算机内读取所需的变量，而不管这个变量是在可编程逻辑控 制器、机器人、远方终端设备或职能电子设备内。 m m s 提供了丰富的针对对等式实时通信网络的一系列服务，已经成为许多 工业领域中控制设备的通用通信协议，例如c n c 、可编程逻辑控制器、机器人、 电力领域中的远方终端装置( 舡u ) 、重合器、开关刀闸等d 设备。许多流行 的计算机平台都支持m m s 互联；在软件支持上，更有许多a p i 、图形界面、网 关关系型数据库等支持m m s ；从通信网络来看，m m s 在以太网、令牌总线、 串行接口r s 2 3 2 c 、o s i 、t c p i p 、m i n i m a p 上也都很容易实现。 为了适应不同场合的应用需求，m m s 定义和规范了众多的信息模型及其服 务，例如：虚拟制造设备( v m d ) 、域( d o m a i n ) 、程序( p r o g r a mi n v o a t i o n ) 、 变量( v a r i a b l e ) 、日志( j o u r n a l ) 、文件( f i l e ) 、事件( e v e n t ) 、信号( s e m a p h o r e ) 、 操作站( o p e r a t o rs t a t i o n ) 等，应该说是一个非常庞大的协议集。而i e c6 1 8 5 0 在映射到m m s 时，只是采用了其中一部分模型及服务，即i e c6 1 8 5 0 采用了 m a v i s 的一个协议子集。表3 1 是m c6 1 8 5 0 的信息模型到m m s 信息模型的映射 关系，表3 2 是i e c6 1 8 5 0i e c6 1 8 5 0 部分c o r e a c s i 到m m s 服务的映射关系。 表3 1i e c6 1 8 5 0 数据对象到m m s 信息模型的映射 i e c 6 1 8 5 0 对象m m s 对象 s e r rc l a s sv i r t u a lm a n u f a c t u r i n gd e v i c e ( v m d ) i x ) 0 i c a ld e v i c ed a s sd o m a i n l o g i c a l n o d ec l a s sn a m e dv a r i a b l e d a i ac l a r an a m e dv a r i a b l e d a t a s e tc l a s sn a m e dv a r i a b l el i s t 浙江大学硕士学位论文 s e t t q g g r o u p o n t r o l - b l o c kc l a s sn a m e dv a r i a b l e r e p o r t - c o n t r o l b l o c kc l a s sn a m e dv a r i a b l e l o gc l a s sj o u r n a l l o g c o n t r o l - b l o c kc l a s sn a m e dv a r i a b l e g o o s e o n t 【，b l o c kc l a s sn a m e dv a r i a b l e g s s e - c o m 限d l 广b l o c kc l a s s n a m e dv a r i a b l e c o n t r o lc l a s sn a m e dv a r i a b l e f i l e sf i l e s 表3 2i e c6 1 8 5 0 部分c o r ea c s i 到m m s 服务的映射 i e c6 1 8 5 0 服务接口m m s 服务 l o g i c a l d e v i c e d i r e c t o r y g e t n a m e l i s t g e t a l i d a t a v a l u e sr e a d g e t d a t a v a l u e sr e a d s e t d a t a v a l u e s w r i t e g e t d a t a d i r e c t o r y g e t n a m e l i s t g e t d a t a d e f m i t i o ng e t v a r i a b l e a c c e s s a t t r i b u t e s g e t d a t a s e t 、，a l u e sr e a d s e t d a t a s e t v a l u e s w i j t e c r e a t e d a t a s e t c r e a t e n a m e d v a r i a b l e l i s t d e l e t e d a t a s e td e l e t e n a m e d v a r i a b l e l i s t g e t d a t a s e t l 3 h e e t o r y g e t n a m e l i s t r e p o r t ( b u f f e r e da n du n b u f f e r e d ) i n f o r m a t i o r t r e p o r t g e t b r c b v a l u e s g e t u r c b v 矾 r e a d s e t b r c b v a l u e s s e t u r c b v 址u e s w r i t e g e t l c b v a l u e sr e a d 。s e t l c b v a l u e s w r i t e q u e r y l o g b y t i m e r e a d j o u r n a l q r y l o g 触目 r e a d 3 0 u r n a l 1 9 浙江大学硕士学位论文 g e t l o g s t a t u s v a l u e s g e t j o u r n a l s t a t u s s e l e c tr e a d w r i t e s e l e c t w i t h v a l u er e a d w r i t e c a n c e l w n e o p e r a t e w n t e c o m m a n d - t e r m i n a t i o nw r i t e m m s 将网络上的通信的两个节点之间的关系定义为c l i e n t s e r v e r 关系， s e r v e r 是一个包含v m d 及其对象( 变量) 的应用或设备，c l i e n t 是一个网络化 应用或设备询问来自s e r v e r 的数据和向s e r v e r 发出请求或命令。m m s 的客户， 服务器互相交互是通过在网络上发送接收请求、指示、响应和确认服务原语来 实现的。m m s 的通信服务流程可以划分为2 种类型，带确认的服务类型和不带 确认的服务类型。 网络上的两个节点之间的数据访问是通过协议数据单元( p r o t o c o l d a t a u n i t ， 简称p d u ) 来实现的，m m s 标准中规范的p d u 采用a s n 1 编码规范。 a s n 1 是定义数据结构和协议格式表示方法